一种颗粒物传感器及其制造方法技术

本发明专利技术属于废气净化相关技术领域，其公开了一种颗粒物传感器及其制造方法，所述颗粒物传感器包括相连接的本体结构及参比电路；所述本体结构包括分别连接于所述参比电路的测试电容及对电容，所述测试电容、所述对电容及所述参比电路形成桥式电路；其中，所述测试电容与所述对电容的比值为0.1～10。本发明专利技术通过添加对电容和参比电路，以实时改变工作模式，抵消了测试过程中测试电路和参比电路的电压相位差，将差值电压输出信号进行放大从而达到对待测环境中的颗粒物浓度进行实时检测的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒物传感器及其制造方法
本专利技术属于废气净化相关
，更具体地，涉及一种颗粒物传感器及其制造方法。
技术介绍
随着机动车保有量逐年增加，尾气排放引起的环境污染问题变得日益严重，限制机动车尾气排放的法律法规也越来越严格。机动车尾气的主要组成组分为颗粒物(PM)、NOX、HC、CO等，其中颗粒物占到尾气质量的绝大部分，这些颗粒物如果直接排放到空气中去，将对人体和环境造成很大危害，粒径小于10μm的粒子可以通过人体鼻腔及粘膜直接进入人体；粒径小于1μm的粒子可进入到人体肺泡部位并随血液进入人体的各个器官，对人体危害最大，而柴油机尾气中的颗粒物90％以上粒径均在1μm以下。除了对人体的伤害，颗粒物也会加重温室效应。目前尾气控制排放技术主要包括发动机技术(调整工况、改善燃烧)，后处理技术(颗粒物补集、氧化催化转化技术)和燃油技术(改进燃油质量)。无论是通过改进燃烧(调整柴油机工况)还是对柴油机尾气进行后处理，抑或是改进燃油质量，都需要对尾气中的颗粒物浓度进行实时监测，并以此为依据对工况进行及时调整或判断尾气的后处理效果。目前用于检测柴油机尾气中颗粒物浓度的传感器主要包括：电阻/电导型颗粒物传感器、电容型颗粒物传感器、电导-电容型颗粒物传感器、电磁波传感器、电化学颗粒物传感器、漏电流型颗粒物传感器。其中，电阻/电导型颗粒物传感器、电容型颗粒物传感器、电导-电容型颗粒物传感器、电磁波传感器属于累积信号型颗粒物传感器，持续测量一段时间后需要将累积的颗粒物去除，无法做到实时检测与连续监测；电化学颗粒物传感器存在非碳组分累积问题；漏电流型颗粒物传感器启动时间过长。如专利CN102536406中建立两个同心圆筒结构，其中一个为导电外壳，另一个为高压电极，通过将导电外壳接地，在高压电极上施加一个高电压，待测气体流过高压电极与导电外壳的间隙，使得待测气体中的颗粒物被高压电极电离或极化成导体，且待测气体中的其他物质没有被电离或极化成导体，测量高压电极与导电外壳之间的漏电流、电容容量或电阻阻值，按照函数关系得出待测气体中颗粒物的浓度。该专利中提到的传感器虽然使用寿命长，检测精度高，但在检测前需要较长的启动时间。如专利CN106248540A中所述电容型颗粒物传感器通过颗粒物的沉积使得第一电极与第二电极的基板正对面积发生变化，改变其静电容量大小进行颗粒物浓度检测。该专利中提到的传感器相较电阻式传感器检测速度较快，且能有效避免金属等导电颗粒沉积时发生与颗粒物浓度无关的信号失真，但该传感器颗粒物累积需要一定的时间，无法做到实时检测，且工作一段时间后需要将沉积的颗粒物去除，无法做到连续检测，此外，该传感器具有一般电容型传感器的普遍问题，即响应信号受限于电容初始容量或极板面积的大小。如专利CN111122405A中所述，通过将探头单侧安装于管道壁上，并设有供气体通过的通道，利用内部的反射面将激光进行反射，从而检测通道中的颗粒物浓度，其所选用的材料耐高温、耐腐蚀，结构简单，拆卸方便，能够实现实时和连续检测，但处于尾气管道中时激光发射探头容易被污染从而影响对颗粒物浓度的检测精度。如专利CN210834572U中所述颗粒物传感器，利用电导原理，通过颗粒物沉积在两相邻电极之间的空隙位置使得电极之间的电阻发生变化，从而对颗粒物浓度进行检测，其利用电极本身的弯曲折叠结构，将其作为加热丝和温度感应器，提高了颗粒物的去除效率，简化了电导型颗粒物传感器的结构，但其依然存在无法实时和连续检测的技术难题。如专利CN111157414A中所述电导型颗粒物传感器，通过对叉指电极施加一定的电压，加速颗粒物在叉指电极表面的沉积，从而加速缩短检测过程，同时通过添加静导出电极进行静电导出，从而避免静电干扰造成检测结果不准，但无法解决电导型传感器的无法实时和连续检测的技术难题。如专利CN106872321A所述的电容型颗粒物传感器，通过颗粒物在绝缘层表面的沉积使得测试电容的容量发生变化，进而对比其和基准电极之间的电容差值实现对颗粒物浓度的检测，其响应信号依靠颗粒物在感测单元表面的累积，测试过程中需要定期将沉积的颗粒物除去，无法实现实时和连续检测；电容大小变化受限制于极板面积；此外，由于电容容量很小，直接测量容量变化极其困难，需要很高的精度，因而信号处理等二次电路非常复杂。可见，目前颗粒物传感器领域亟需一种实时检测、连续测量、灵敏度高、集体积小等优点于一体的器件。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种颗粒物传感器及其制造方法，所述颗粒物传感器通过添加对电容和参比电路，以实时改变工作模式，解决了电容型颗粒物传感器响应信号受体积(电极面积)和结构的限制及现有颗粒物传感器检测过程中存在的无法连续检测、需要较长的启动和再生时间、检测周期长、无法实时检测的技术难题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种颗粒物传感器，所述本体结构包括分别连接于所述参比电路的测试电容及对电容，所述测试电容、所述对电容及所述参比电路形成桥式电路；其中，所述测试电容与所述对电容的比值为0.1～10。进一步地，所述本体结构包括第一基板层、第二基板层、第三基板层及第四基板层；所述第一基板层、所述第二基板层、所述第三基板层及所述第四基板层自下向上依次设置；所述测试电容及所述对电容分别设置在所述第三基板层内；所述本体结构还包括第一引线、响应信号引出线、第二引线、第一测试电压输入端子、第二测试电压输入端子、第一电极引线、第二电极引线、加热电极及绝缘覆盖层；所述响应信号引出线、所述第一测试电压输入端子及所述第二测试电压输入端子分别设置在所述第四基板层上；所述测试电容及所述对电容的一侧分别连接于两个所述第二引线的一端，两个所述第二引线分别设置在所述第四基板层与第三基板层之间，且两个所述第二引线的另一端分别连接于所述第一测试电压输入端子及所述第二测试电压输入端子；所述测试电容及所述对电容的另一侧相连接后连接于所述第一引线的一端，所述第一引线位于所述第三基板层与所述第二基板层之间，且所述第一引线的另一端连接于所述响应信号引出线；两个所述加热电极分别设置在所述第一基板层与所述第二基板层之间，所述绝缘覆盖层设置在所述第一基板层与所述第二基板层之间，且其覆盖所述加热电极；所述第一电极引线及所述第二电极引线分别设置在所述第一基板层上，且所述第一电极引线及所述第二电极引线的一端分别连接于两个所述加热电极。进一步地，所述本体结构通过所述响应信号引出线、所述第一测试电压输入端子及所述第二测试电压输入端子连接于所述参比电路。进一步地，所述第三基板层开设有第一空腔及通孔，所述第四基板层及所述第二基板层分别覆盖所述第一空腔的两端开口以使得所述第一空腔为封闭腔，且所述第二基板层及所述第四基板层分别成为所述通孔的孔壁。进一步地，所述第四基板层及所述第二基板层上分别设置有第一极板及第二极板，且所述第一极板及所述第二极板均位于所述通孔内，第一绝缘层及第二绝缘层分别覆盖所述第一极板及所述第二极板，且所述第一绝缘层与所述第二绝缘层间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒物传感器，其特征在于：/n所述颗粒物传感器包括相连接的本体结构及参比电路；所述本体结构包括分别连接于所述参比电路的测试电容及对电容，所述测试电容、所述对电容及所述参比电路形成桥式电路；其中，所述测试电容与所述对电容的比值为0.1～10。/n

【技术特征摘要】
1.一种颗粒物传感器，其特征在于：
所述颗粒物传感器包括相连接的本体结构及参比电路；所述本体结构包括分别连接于所述参比电路的测试电容及对电容，所述测试电容、所述对电容及所述参比电路形成桥式电路；其中，所述测试电容与所述对电容的比值为0.1～10。


2.如权利要求1所述的颗粒物传感器，其特征在于：所述本体结构包括第一基板层、第二基板层、第三基板层及第四基板层；所述第一基板层、所述第二基板层、所述第三基板层及所述第四基板层自下向上依次设置；所述测试电容及所述对电容分别设置在所述第三基板层内；所述本体结构还包括第一引线、响应信号引出线、第二引线、第一测试电压输入端子、第二测试电压输入端子、第一电极引线、第二电极引线、加热电极及绝缘覆盖层；所述响应信号引出线、所述第一测试电压输入端子及所述第二测试电压输入端子分别设置在所述第四基板层上；所述测试电容及所述对电容的一侧分别连接于两个所述第二引线的一端，两个所述第二引线分别设置在所述第四基板层与第三基板层之间，且两个所述第二引线的另一端分别连接于所述第一测试电压输入端子及所述第二测试电压输入端子；所述测试电容及所述对电容的另一侧相连接后连接于所述第一引线的一端，所述第一引线位于所述第三基板层与所述第二基板层之间，且所述第一引线的另一端连接于所述响应信号引出线；
两个所述加热电极分别设置在所述第一基板层与所述第二基板层之间，所述绝缘覆盖层设置在所述第一基板层与所述第二基板层之间，且其覆盖所述加热电极；所述第一电极引线及所述第二电极引线分别设置在所述第一基板层上，且所述第一电极引线及所述第二电极引线的一端分别连接于两个所述加热电极。


3.如权利要求2所述的颗粒物传感器，其特征在于：所述本体结构通过所述响应信号引出线、所述第一测试电压输入端子及所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建中，王镜心，王超，余涵宇，杨斌，刘弘明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42